污水處理廠進(jìn)水泵房沉井不排水下沉施工技術(shù)

污水處理廠進(jìn)水泵房沉井不排水下沉施工技術(shù)

Summary：在污水處理廠土建工程施工中，進(jìn)水泵房多采用沉井方法施工。沉井不排水下沉施工技術(shù)主要用在土質(zhì)差、地下水埋藏較淺、土質(zhì)透水性強(qiáng)等情況下的大型沉井。通過商丘市第二污水處理廠一期土建工程進(jìn)水泵房建設(shè)，介紹水力沖挖不排水下沉施工工藝。Keys：進(jìn)水泵房、沉井、不排水下沉、水力沖挖。1引言目前，我國很多城市污水處理廠進(jìn)水泵房廣泛采用沉井施工技術(shù)。傳統(tǒng)的沉井排水下沉施工方法在土質(zhì)差、地下水埋藏較淺、土質(zhì)透水性強(qiáng)情況下的大型沉井，下沉過程中容易出現(xiàn)涌水、涌砂等風(fēng)險(xiǎn)，客觀上增加了成本投入，需要通過不排水下沉施工方法，提高沉井施工的保證率。2工程概述商丘市第二污水處理廠一期工程位于商丘市城鄉(xiāng)一體化示范區(qū)內(nèi)，一期工程建設(shè)規(guī)模10萬m3/d。進(jìn)水泵房為長27.2m，寬13.9m的矩形井，總高度17.2m，沉井部分高度為13.6m，地面后澆段3.6m。沉井部分刃腳厚度為0.9m；井壁厚度0.7m。混凝土為C30砼，抗?jié)B標(biāo)號為S8，抗凍標(biāo)號F150。沉井下沉自上而下分別穿越①粉土、②粉質(zhì)黏土、③粉質(zhì)黏土、④細(xì)沙層。場區(qū)地下水位埋藏較淺，且④層細(xì)沙在②層、③層粉質(zhì)黏土相對隔水作用下，具有一定承壓性，沉井挖土?xí)r存在流砂、突涌風(fēng)險(xiǎn)。3主要施工技術(shù)沉井不排水下沉施工技術(shù)主要包括：沉井制作、沖挖設(shè)備安裝、初始（無水）沖挖、水下沖挖下沉、沉井就位、清理混凝土接觸面泥漿及鋪設(shè)碎石墊層、水下混凝土封底。以下結(jié)合工程實(shí)例予以說明。3.1沉井制作3.1.1砂墊層及混凝土墊層本工程換填厚1m、寬3.2m的砂墊層，C20混凝土墊層厚25cm，寬1.5m。根據(jù)文獻(xiàn)[1]進(jìn)行驗(yàn)算：——砂層底部地基土的承載力設(shè)計(jì)值，根據(jù)地勘報(bào)告①粉土承載力為130（K）?！皦|層的厚度（m）?！辆趩挝婚L度重量（KN/m）?！暗奶烊蝗葜兀↘N/m3）；取15KN/m3。L——素混凝土的寬度（m）。a——砂墊層的壓力擴(kuò)散角（°），取30°。計(jì)算得：P=130KPa≥+15×1=90.46KPa，滿足穩(wěn)定性要求！砂墊層換填分層攤鋪碾壓，分層厚度不大于30cm,采用20t壓路機(jī)碾壓。為方便沉井下沉?xí)r混凝土墊層破除，混凝土墊層按每2m設(shè)置一條斷縫。3.1.2沉井制作在混凝土墊層上立模澆筑沉井。沉井分三節(jié)澆筑，第一節(jié)澆筑高度3.3m；第二節(jié)澆筑高度5m，；第三節(jié)澆筑高度5.3m。3.2沖挖設(shè)備安裝在沉井旁設(shè)蓄水池及沉淀池，蓄水池安裝4臺15KW高效率三相異步電動機(jī)，DN55mm橡膠管連接水槍(噴嘴口徑φ15mm)。井內(nèi)安裝兩臺22KW潛水泵用于吸泥。連接輸水管路和泥漿輸送管路，在沉井頂部搭設(shè)設(shè)備控制臺。圖3.1設(shè)備安裝平面布置圖3.3初始（無水）沖挖高壓水槍，在沉井中央沖出一個(gè)集水坑，將泥漿泵的吸泥管置于集水坑內(nèi)。按照“先中間，后四角，先鍋底，后刃腳”的原則對稱沖挖進(jìn)行。以沉井中心點(diǎn)為中心，形成中心大鍋底的形狀，再由中心梯度向四周擴(kuò)展，鍋底深度保持1m左右，四周刃腳土埂保留80cm左右。沉井由于自重而下沉。整個(gè)沉井對稱開挖，每2小時(shí)測量一次下沉量，控制沉井四個(gè)角高差不大于20cm。沖挖至沉井下沉3.5m（地下水位標(biāo)高），結(jié)束初始（無水）下沉施工，拆除泥漿泵、設(shè)備控制臺。往井內(nèi)注入清水至刃腳面上1m，保持沉井穩(wěn)定。圖3.3-1初始（無水）沖挖示意圖3.4水下沖挖下沉3.4.1水下沖挖裝置設(shè)計(jì)在兩臺25KW潛水泵兩側(cè)對稱安裝兩支水槍噴頭(噴嘴口徑φ15mm)，并在頂部加裝吊裝連接件。圖3.4.1水下沖裝置設(shè)計(jì)圖3.4.2水下沖挖設(shè)備安裝15KW高效率三相異步電動機(jī)，通過DN55mm橡膠管連接至水下沖挖裝置的水槍噴頭；排泥管與水下沖挖裝置出水口連接。采用兩臺16t汽車吊分別將改裝好的沖挖裝置放入沉井底部。沉淀池安裝1臺9.2KW的潛水泵，并將DN125水管接至沉井頂部。3.4.3水下沖挖下沉利用高壓水槍沖挖土體，25KW潛水泵抽排泥漿。通過16t汽車吊控制牽引繩移動水下沖挖裝置，遵照“先中間，后四角，先鍋底，后刃腳”的原則，以整個(gè)沉井的中心點(diǎn)為中心，形成中心大鍋底的形狀，由中心梯度向四周擴(kuò)展，每個(gè)下沉循環(huán)鍋底深度保持1m左右，四周刃腳土埂保持40cm左右。整個(gè)沖挖過程利用沉淀池安裝的9.2KW的潛水泵往井內(nèi)補(bǔ)水，保持井內(nèi)水位高于地下水位1m以上。圖3.4.3水下沖挖下沉示意圖完成一次開挖后（每次開挖深度1m），關(guān)閉高壓進(jìn)水泵，停止補(bǔ)水。保持水下沖挖裝置抽排井內(nèi)泥漿，降低井內(nèi)水位，使沉井依靠自重下沉。降水時(shí)同步測量沉井四角下沉情況，如沉井不均勻下沉，優(yōu)先沖挖下沉較慢的角下原先保留的土埂，然后沖挖兩條邊下土埂，控制沉井對邊高差不大于20cm。一次下沉完成后往井內(nèi)注水，保持井內(nèi)水位高于地下水位1m以上。如此重復(fù)沖挖使沉井持續(xù)下沉。3.5沉井就位沉井刃腳踏面距設(shè)計(jì)位置1m左右時(shí)（最后一次沖挖前）。根據(jù)沉井累計(jì)偏差，做一次調(diào)平?jīng)_挖，本次沖挖下沉控制在50cm左右。沉井調(diào)平后沖挖下沉至設(shè)計(jì)標(biāo)高上3cm。往井內(nèi)注水至地下水位，保持井內(nèi)外水壓平衡后進(jìn)行8小時(shí)的連續(xù)觀測，累計(jì)下沉量小于10mm，沉井就位穩(wěn)定。3.6清理混凝土接觸面泥漿、鋪設(shè)碎石墊層安排潛水員下底摸排、沖洗與封底混凝土接觸的刃腳面泥漿，在沉井底部鋪設(shè)一層30cm厚的粒徑為40～150mm粗碎石墊層。3.7水下混凝土封底本工程水下封底厚度為1.43m，根據(jù)文獻(xiàn)[2]可得采用水下C30混凝土封底滿足抗浮及強(qiáng)度要求。制作兩根水下混凝土澆注導(dǎo)管。每根導(dǎo)管由6根2m和1根1.5m的Q235aDN300mm鋼管制成，導(dǎo)管用法蘭連接；料斗混凝土容量為4.8m3。采用兩根32b工鋼穩(wěn)定料斗，導(dǎo)管口距碎石墊層30cm。按照隔墻和底梁位置將封底混凝土分成10個(gè)倉，整體從西側(cè)依次往東側(cè)逐倉澆注，第一倉和第二倉采用一根導(dǎo)管澆注，第二至第十倉采用兩根導(dǎo)管同時(shí)澆注；混凝土面高于底板凹槽底10cm。水下混凝土養(yǎng)護(hù)14天后抽除井內(nèi)水，鑿除10cm混凝土浮漿，進(jìn)行鋼筋混凝土底板施工。圖3.7-1水下混凝土澆注平面圖圖3.7-2水下混凝土澆注示意圖4施工設(shè)備根據(jù)商丘市第二污水處理廠一期土建工程進(jìn)水泵房沉井不排水下沉施工方法，投入以下施工設(shè)備。表4主要施工設(shè)備數(shù)量表序號機(jī)械或設(shè)備名稱功率/型號數(shù)量備注1水下沖挖裝置25KW潛水泵+水槍噴頭2套2泥漿泵22KW2臺3高效率三相異步電動機(jī)15KW4臺4潛水泵9.2KW2臺5汽車吊16t2臺6橡膠管DN55240m7橡膠管DN125220m5質(zhì)量控制5.1下沉速度控制（1）沉井初沉階段：每隔兩小時(shí)測量一次下沉數(shù)據(jù)，下沉速度嚴(yán)格控制在0.2-0.5m/d，刃腳高差20cm以內(nèi)。（2）沉井中沉階段：仍以緩慢為主，緩慢控制下沉，每次抽水下沉?xí)r隨時(shí)測量下沉數(shù)據(jù)，指導(dǎo)糾偏，保證下沉過程中緩慢下沉，避免出現(xiàn)突沉或傾斜。（3）沉井終沉階段：即距設(shè)計(jì)標(biāo)高還有1m時(shí)，先下沉50cm調(diào)整沉井下沉高差，減緩下沉速度，糾偏為主，做到有偏必糾，速度宜在0.2-0.5m/d，將沉井調(diào)平。最后50cm速度宜在0.2-0.5m/d，控制沉井整體下沉，當(dāng)沉井刃腳踏面距離設(shè)計(jì)高程3cm時(shí)停止下沉。注水穩(wěn)定。沉井封底前自沉速率應(yīng)小于10mm/8h。5.2沖挖控制（1）四個(gè)角之間，高差不大時(shí)，應(yīng)力爭同時(shí)沖挖，保持泥面相對在同一高程。如果沉井偏斜趨勢增大時(shí)，開挖情況應(yīng)根據(jù)偏斜情況及時(shí)加以調(diào)整。（2）嚴(yán)格控制刃腳外土埂，為保證沉井受力均勻，內(nèi)部應(yīng)力沒有集中現(xiàn)象，在刃腳全支承不能滿足下沉要求時(shí)，需在刃腳處取土，做到均勻、對稱、同時(shí)、層層剝離，循序漸進(jìn)。（3）下沉?xí)r測量四角高差，偏位情況，及時(shí)了解下沉速度，并進(jìn)行糾偏。特別要控制好沉井在初始下沉階段的下沉軌跡。5.3沉井糾偏控制根據(jù)工程的施工條件及土質(zhì)情況，如發(fā)現(xiàn)偏斜，視具體情況分別對策。（1）開始入土較淺時(shí)，如發(fā)生傾斜，只需在刃腳高的一側(cè)進(jìn)行取土，在刃腳低的一側(cè)保留較寬的土?。唬?）入土較深時(shí)，可在刃腳高一側(cè)隨著沉井的下沉逐漸糾正偏差，糾偏位移時(shí)，可故意使沉井向偏位方向傾斜，然后沿傾斜方向下沉，直到沉井底面中軸線與設(shè)計(jì)中軸線重合或接近，再糾正傾斜，直到調(diào)整到容許范圍內(nèi)。（3）沉井位置如發(fā)生扭轉(zhuǎn)，可在沉井的兩對角除土，借助刃腳下不對稱的土壓力所形成的扭矩，使沉井在下沉進(jìn)程中逐步糾正到位。所有偏差在下沉到距設(shè)計(jì)標(biāo)高0.5m以上時(shí)，基本糾正好，然后謹(jǐn)慎下沉，在沉井刃腳接近設(shè)計(jì)標(biāo)高50cm以內(nèi)時(shí)，不允許再有超出允許范圍的偏差。6施工效果商丘市第二污水處理廠一期土建工程進(jìn)水泵房沉井通過運(yùn)用不排水沖挖下沉施工工法，我們解決了地下水位埋藏較淺，透水性強(qiáng)，且易產(chǎn)生流砂、管涌風(fēng)險(xiǎn)地質(zhì)的沉井施工，確保了施工安全。沉井下沉到位后刃腳平面中心位置偏差6cm，滿足規(guī)